水體COD光譜特性分析及遙感反演模型構建

陳 瑤，黃長平，張立福，喬 娜

1. 中國科學院遙感與數字地球研究所, 北京 100101 2. 中國科學院大學, 北京 100049

引 言

有機污染物是引起水體污染的主要原因，對水質、水中生物及生態平衡影響極為嚴重。由于有機污染物種類復雜，在水質評價中多采用綜合性指標來表征有機污染的程度。化學需氧量(chemical oxygen demand, COD)便是評價水體受有機物污染程度的一個重要指標，指以化學的方法測量水體中需要被氧化的還原性物質的量，特別是有機污染物。COD值越高，表示水體有機污染越重。

COD的檢測方法主要包括化學方法和物理方法，其中國標推薦的化學檢測方法，檢測精度高，但操作繁瑣，且易造成二次污染[1]；物理方法主要是通過紫外吸收法反演水體COD，能夠在線快速反演[2-3]，但缺點也十分明顯，僅能獲得固定點的反演值[4]。遙感技術具有實時、大面積、低成本、可重復的優勢，在水質監測方面得到越來越廣泛的應用。目前已有報道利用遙感影像大面積反演水體COD含量，如解啟蒙[5]等利用Landsat8OLI數據，建立了清河水庫COD最小二乘支持向量機(LS-SVM)定量反演模型，反演精度R2達到0.942 7；Yang等[6]利用TM時序影像對東洞庭湖COD參數構建波段比值回歸模型，反演精度R2達到0.663；黃妙芬等[7]基于遼東灣水體COD與CDOM之間的相關性，利用HJ-1/CCD影像數據間接構建水體COD回歸反演模型，反演相對誤差為18%。然而這些研究均是基于統計經驗模型，其隱涵的物理機制并不明確，各個研究得到的COD敏感波段區間也不盡相同[7-9]。水體光學特性主要受到葉綠素a、懸浮物、黃色物質以及具有明顯光譜特征的其他浮游植物色素的影響，而受COD、總氮、總磷等物質的影響相對微弱[8]。……